并行和并发的区别_并发和并行的区别

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前言：
现代OS都将 线程 作为最小调度单位，进程 作为资源分配的最小单位

1、并发（Concurrency）

并发的实质是一个物理CPU（也可以是多个物理CPU）在若干道程序（或线程）之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率

• 微观角度：所有的并发处理都有排队等候，唤醒，执行等这样的步骤，在微观上它们都是序列被处理的，如果是同一时刻到达的请求（或线程）也会根据优先级的不同，而先后进入队列排队等候执行
• 宏观角度：多个几乎同时到达的请求（或线程）在宏观上看就像是同时在被处理

通俗点讲，并发就是只有一个CPU资源，程序（或线程）之间要竞争得到执行机会。图中的第一阶段，在A执行的过程中B、C不会执行，因为这段时间内这个CPU资源被A竞争到了，同理，第二个阶段只有B在执行，第三个阶段只有C在执行。其实，并发过程中，A、B、C并不是同时在进行的（微观角度），但又是同时进行的（宏观角度）

2、并行（Parallelism）

Parallelism，即并行，指两个或两个以上事件（或线程）在同一时刻发生，是真正意义上的不同事件或线程在同一时刻，在不同CPU资源上（多核），同时执行

并行，不存在像并发那样竞争、等待的概念

3、区别

并发和并行是既相似又有区别的两个概念。并行是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替运行

倘若在计算机系统中有多个处理机，则可以将这些并发执行的程序分配到多个处理机上，实现并行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行

4、通过多线程实现并发、并行

• 在CPU比较繁忙，资源不足的时候（开启了很多线程），操作系统只为一个含有多线程的进程分配仅有的CPU资源，这些线程就会为自己尽量多抢时间片，这就是通过多线程实现并发，线程之间会竞争CPU资源争取执行机会
• 在CPU资源比较充足的时候，一个线程内的多线程，可以被分配到不同的CPU资源，这就是通过多线程实现并行

至于多线程实现的是并发还是并行？上面所说，所写多线程可能被分配到一个CPU内核中执行，也可能被分配到不同CPU执行，分配过程是操作系统所为，不可人为控制。因此如果有人问我我所写的多线程是并发还是并行的？我会说，都有可能。不管并发还是并行，都提高了程序对CPU资源的利用率，最大限度地利用CPU资源

5、异步和多线程

• 并发：在操作系统中，是指一个时间段内有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是：同步和互斥
• 并行：在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特征；在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也就是说并发事件之间不一定要同一时刻发生
• 同步：进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系，而是相互依赖的关系。进一步的说明：就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入，当 第一个进程没有输出时第二个进程必须等待，具有同步关系的一组并发进程相互发送的消息称为消息或事件。其中并发又有伪并发和真并发，伪并发是指单核处理器的并发，真并发是指多核处理器的并发
• 互斥：进程间相互排斥的使用临界资源的现象，就叫作互斥
• 多线程：多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行
• 异步：异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。异步就是彼此独立，再等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。线程就是实现异步的一个方式，异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其他的事情

异步和多线程并不是一个同等关系，异步是最终目的，多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者，而调用者不用等待其结果的返回就可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理

6、异步和同步的区别

异步和同步的区别，在IO等待的时候，同步不会切走，浪费了时间

多线程的好处，比较容易的实现了异步切换的思想，因为异步的程序很难写的。多线程本身还是以同步完成的，但是应该说比效率是比不上异步的。而且多线程很容易写，相对效率也高

7、多线程和异步操作的异同

多线程和异步操作两者都可以达到避免调用线程阻塞的目的，从而提高软件的可响应性。甚至有些时候我们就认为多线程和异步操作是等同概念。但是，多线程和异步操作还是有一些区别的。而这些区别造成了使用多线程和异步操作的时机的区别

异步操作的本质

所有的程序最终都会由计算机硬件来执行，所以为了更好的理解异步操作的本质，我们有必要了解一下它的硬件基础。熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌生，硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标，其实网卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。DMA就是直接内存访问的意思，也就是说，拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源

只要CPU在发起数据传输时发送一个指令，硬件就开始自己和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。这些无需消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。所以即使在DOS这样的单进程（而且无线程概念）系统中也同样可以发起异步的DMA操作

线程的本质

线程不是一个计算机硬件的功能，而是操作系统提供的一种逻辑功能，线程本质上是进程中一段并发运行的代码，所以线程需要操作系统投入CPU资源来运行和调度

异步操作的优缺点

因为异步操作无需额外的线程负担，并且使用回调的方式进行处理，在设计良好的情况下，处理函数可以不必使用共享变量（即使无法完全不用，最起码可以减少共享变量的数量），减少了死锁的可能。当然异步操作也并非完美无瑕。编写异步操作的复杂程度较高，程序主要使用回调方式进行处理，与普通人的思维方式有些初入，而且难以调试

多线程的优缺点

多线程的优点很明显，线程中的处理程序依然是顺序执行 ，符合普通人的思维习惯，所以编写简单。但是多线程的缺点也同样明显，线程的使用（滥用）会给系统带来上下文切换的额外负担。并且线程间的共享变量可能造成死锁的出现

使用范围

当需要执行I/O操作时（IO密集型），使用异步操作比使用线程+同步I/O操作更适合，I/O操作不仅包括了直接的我呢见、网络的读写，还包括数据库操作、Web Service、HttpRequest 以及 Net Remoting 等跨进程的调用

而进程的使用范围则是那种需要长时间CPU运算的场合（CPU密集型），例如耗时较长的图形处理和算法执行

8、总结

所以并发编程的目的是充分的利用处理器的每一个核，以达到最高的处理性能

• 单CPU中进程只能是并发，仅多CPU计算机中进程可以并行（单核不行）
• 单CPU单核中线程只能并发，单CPU多核中线程可以并行

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